中国工商银行股份有限公司数据中心（上海）副总经理 毛宇星

云计算已成为当今信息科技领域最引人关注的热点之一，甚至有人大胆预言它将成为继水、电、气和电话之后的第五种社会公共资源。究竟什么是云计算？它是技术概念还是商业模式？它有哪些基本特点和突出优势？它与现有技术有哪些区别？该如何推动云计算的实践？本文就云计算内涵、云计算的关键技术、云计算的实施路线等问题进行探讨。

一、什么是云计算？

云计算所基于的思想可谓由来已久。1961年计算机先驱JohnMcCathy就曾预言计算将会成为一种公共资源，但云计算作为一个明确的术语最早是由Google首席执行官Eric Schmidt在2006年8月9日召开的国际搜索引擎战略大会（SearchEngine Stratigies）上公开提出的。这一概念来自该公司年轻的高级工程师Christophe Bisciglia提交的一份“云计算”课程计划，该计划当初只是希望Google向其母校华盛顿大学提供40台PC，组成一个小型的“云”，用其强大的计算能力，帮助学生实现自己的想法。随着之后Amazon、Yahoo、Microsoft、IBM等国际知名企业相继加入该领域的研究和应用，云计算迅速从一个概念演变成一场新的技术革命，进而开拓出一片新的商业蓝海。

云计算的产生并非偶然，有其内在技术发展的必然性。早期的计算机都是独立的，处理能力相对有限，为了获得更为强大的计算能力，出现了计算机集群技术（Clustering），它可以将更多小而独立的计算机耦合成“一台”强大的计算机。1990年代，Ian Foster和Carl kesselman提出了网格计算（Grid）概念，可以实现对本地计算机资源（CPU和I/O）的跨域动态共享。虽然网格计算在科学研究、教育和某些特殊领域有一定的应用，但其商业化似乎并不成功。这主要是因为：在技术层面，对于数据源分散而数据密集型（Data Intensive）处理的应用，I/O的瓶颈会导致整个CPU处理非常低效；在商业化层面，网格计算需要客户将自己的应用运行在第三方的网格平台上，这是大部分对数据安全和风险极度敏感的客户所不能接受的。随着互联网在全球范围的普及和广泛应用，在计算机资源公用化蓝图的驱动下，随着并行计算、分布式处理和网格计算的日益成熟，一种新的商业模式——云计算应运而生。

尽管基于云计算的研究和商业化已初具规模，但对云计算的定义至今仍未达成共识。原因在于：首先，云计算尚处在发展初期，许多技术概念和应用范畴还需进一步界定和完善。其次，云计算在学术界和工业界的认知不尽相同，前者往往偏重狭义的技术内涵，后者则将云计算引申为一种广义的商业模式。目前，比较权威的关于云计算的定义出自美国国家标准及技术研究所（NIST）。NIST认为，云计算是一种模型，用户可以方便地通过网络按需访问一个可配置计算资源（如网络、服务器、存储、应用和服务）的共享池，这些资源可以被迅速提供并发布，同时实现管理成本或服务供应商干预的最小化。

二、云计算的基本内涵

从云计算的定义可知，云计算的核心是一种新型的IT服务。根据NIST的观点，云计算的服务特点可以用“三种服务模式、四种部署模式和五个基本特征”来概括。

1.云计算的五个基本特征

（1）按需自助服务。客户根据需要，通过服务供应商单方面获取计算、存储或应用能力（如服务器时间和网络存储等）。

（2）广泛的网络访问。客户通过各种各样的客户端平台（如便携式电话、笔记本电脑、PDA等），按照一定的规范机制访问网络。

（3）资源共享。供应商提供的计算资源被集中起来通过一个多客户共享模型来为多个客户提供服务，并根据客户的需求，动态地分配或再分配不同的物理和虚拟资源。

（4）可伸缩性。云计算所提供的服务具备自动、快速横向扩展和快速横向收缩的特点。对用户来说，云计算所提供的服务是无限、灵活、动态的，可以在任何时间、购买任何数量。云计算和传统模式的资源配置模式比较如图1所示。传统模式下，资源只能按照实际使用的峰值来配置，导致非峰值时段资源空闲。而云计算资源配置模式可以有效解决这个问题，在保障服务需求的前提下，最大程度提高资源配置效率。

（5）可度量的服务。云计算所提供的服务可度量，并可自动控制并优化资源以满足客户的服务需求。通过向供应商和用户提供使用服务报告实现资源使用的透明化，这也是公共资源服务的基本要求之一。

2.云计算的三种服务模式

（1）软件即服务（Software as a Service，SaaS）。即客户所使用的应用程序是运行在云服务提供商的基础设施上。这些应用程序可以通过各种客户端设备来访问，客户通常无需管理或者控制底层的云基础架构，包括网络、服务器、操作系统、存储设备等。比较知名的SaaS服务有Google的Appls，它可以为企业、个人提供操作简单但功能强大的通信和在线合作，具体包括Docs、Talk、Calendar、Gmail等服务。此外还有Microsoft的Windows Lives，具体包括Hotmail、Messenger、Photo Gallery等服务；Salesforce.com的CRM服务。

（2）平台即服务（Platform as a Service，PaaS）。即客户使用云服务提供商支持的开发语言和工具，开发出应用程序，发布到云基础架构上运行。客户无需管理或者控制底层的云基础架构，但能控制发布应用程序和可能的应用程序运行环境配置。比较知名的PaaS服务有Google的App Engine平台，它支持用户在Google基础设施上执行用Python和Java语言编写的Web应用。此外还有Microsoft的Azure平台, Salesforce.com的Force.com平台等。

（3）基础设施即服务（Infrastructure as a Service， IaaS）。即向客户提供处理、存储、网络以及其他基础计算资源，客户可运行任意软件，包括操作系统和应用程序。用户无需管理或者控制底层的云基础架构，但是可以控制操作系统、存储、发布应用程序，以及一定限度控制选择的网络组件（如防火墙）。比较知名的IaaS服务有Amazon的Elastic Compute Cloud（EC2）和Simple Queuing Service（S3）。其中EC2可以为用户提供一个被称为Amazon Machine Image（AMI）的虚拟机环境, 执行任何基于Linux的应用；而S3则可以提供按容量和流量计费的存储服务。此外GoGird、Rackspace也提供类似服务。

除上述3种服务模式外，一些厂商还提出了XaaS服务模式，这里X泛指可以提供的服务，比如硬件即服务（Hardware as a Service）、数据即服务（Data as a Service）等。

3.云计算的四种部署模式

（1）私有云（Private Cloud）。云基础架构被一个组织独立地操作，可能被这个组织或者第三方机构所管理，可能部署在组织的内部或第三方。

（2）社区云（ C ommu n i t yCloud）。云基础架构被几个组织形成的社区所共享，这些组织通常具有相同的任务、安全需求、策略和遵从性考虑等。可能被这些组织或者第三方机构所管理，可能部署在这些组织内部或第三方。

（3）公有云（Public Cloud）。云基础架构被一般公众或者一个庞大的企业或社会群体所使用，被某个组织所拥有，并提供云服务。

（4）混合云（Hybrid Cloud）。云基础架构是以上任意两个或者两个以上的云组成，这些云保持着各自的实体形式，通过一定标准或特有技术结合在一起。这些标准或技术使得数据或者应用程序在不同云实体间具有一定的可移植性。

云计算的服务模式和部署模式之间的关系如图2所示。

三、云计算的关键技术

云计算发展历史较短，服务形态多样化， 目前尚未建立起相对完整、统一的云计算技术架构和标准。云计算属于分布式处理系统中面向服务型（Service Oriented）的技术架构，除了采用分布式基本技术之外，还结合采纳了并行计算（Parallel Computing）、网格计算（Grid Computing）和Web2.0等核心技术，以实现提供灵活云服务的目的。

1.分布式服务器架构

目前云计算服务平台基本采用大量廉价的低端服务器来构建，分别采用集群技术、虚拟化技术和网格技术。
集群技术是一种较为传统的松耦合技术，已有超过50年的历史。但与早期以服务器冗余性集群为主的技术不同，目前的集群技术更多是向应用程序切换、并行处理、动态负载均衡方向发展。以Google为例，它提供的Web搜索应用就是基于超过15 000台服务器的集群架构。该应用由4个集群组成，分别部署在美国硅谷和弗吉尼亚州，每个集群包括数千台服务器。

与集群技术相比， 虚拟化（Virtualisation）技术与云计算的联系似乎更加紧密，越来越多的云计算平台采用了虚拟化技术。比较有代表性的虚拟化技术有VMware、Xen、PowerVM等，通过虚拟化技术，可将一台物理服务器划分为若干逻辑服务器，使多个应用程序共享资源和并行处理成为可能。通过虚拟化技术， 可实现应用程序的单独配置、部署、启动和停止等， 实现了更好的安全性、易管理性和隔离性。不少服务商甚至直接利用虚拟化技术的上述特性提供相关云服务。如Amazon提供的EC2 “ 弹性云服务” 所基于的AMI（Amzon Machine Image）就是一个虚拟分区。

网格技术虽然也是云计算服务的可选技术之一，但由于其在商业化方面存在问题，目前还仅限于特殊云服务领域的应用。

2.分布式文件系统

为了满足用户同时、大量、并行的访问需求，大型公共云计算平台往往采用分布式存储方式。目前主流的分布式文件系统是Google的GFS（Google File System）。Google Search和Google Earth等应用普遍采用GFS技术，目前已有GFS II版本。此外，为了解决分布式文件的一致性问题，Google还采用了粗颗粒度的Chubby锁机制，其核心是Paxos算法。

3.分布式数据库系统

虽然传统的关系型数据库已经在性能和可扩展性方面取得了巨大的进步，但对于以Internet海量用户为服务对象的云计算来说，仍存在一定的性能和容量瓶颈。Google对相关技术进行了改进，提出了一种新型的非关系型数据库系统Bigtable。
Bigtable是一种为了管理结构化数据而设计的分布式数据库系统，并可以扩展到非常大的规模，例如数千台商用服务器访问PB级别的海量数据。考虑到读操作频率远大于更新操作，所以往往采用列存储方式，以体现读优化策略。

4.分布式编程环境

云服务用户通常都要求采用简单、易用的方式来访问服务器资源，这就需要对传统JAVA、APACHE、MYSQL、PHP等编程方式进行改进。目前，云服务提供商的编程模式大多基于Google的MapReduce。MapReduce是一种处理和产生大规模数据集的函数语言。这种编程模式不仅适合于松耦合、高度并行化的程序，还具有较强容错性。

5.用户访问模式

用户通过Internet访问Web服务或应用要遵循Web服务的工业标准，如WSDL、SOAP、UDDI等。云计算一般也是通过Internet访问云服务中的资源，但云计算大多基于SOA架构。由于云资源是一个大的资源池，池内的资源可通过抽象接口和通用标准进行访问，所以云服务用户的访问模式一般可以在WSDL、SOAP等基础Web 2.0技术或者在REST、RSS、AJAX等高级Web 2.0协议上构建。

除了底层采取大量分布式技术来适应云计算的特殊需求之外，在四层架构的资源管理层、服务管理层还需要采用诸如资源动态管理、负载调度、服务目录、服务监控、服务计费等配套技术，才能实现将IT资源演变成一种云服务。

四、云计算的发展现状及面临挑战

由于云计算的特殊价值，其商业化发展异常迅速，并大有引领未来IT发展方向之势。根据IDC预测，全球基于云的市场服务规模将从2008年的160亿美元增长至2012年的420亿美元，在所有调查企业的IT开销中的占比也将从4.2%增长至8.5%。

面对巨大的云计算市场，世界主要IT厂商相继加大了投入和研发力度。2008年，IBM花费360万美元用于将其全球9个主要的数据中心转型成为基于云计算的新型数据中心。Dell则加快成为云服务提供商低端服务器的主要供应商。HP联合Intel和Yahoo建立了一个全球多数据中心开放资源的云计算测试基地。Microsoft则全力推动其云平台Windows Azure。Evans Data 2009年全球主要云服务供应商分析报告显示，Google和Amazon无论在方案的完整性还是在实施能力方面都均有较大的优势，已成为公有云领域的领导者。

在云计算快速发展的同时，也应清醒地认识到，云计算距离作为公用资源的要求仍存在较大的差距。IDC 指出，云计算的发展至少还面临诸如安全性、性能、可用性等多方面的挑战，这些问题的存在，将成为云计算向更关键领域和关键应用推广的重要制约因素。

1.系统可用性问题

云计算采用了灵活却相对复杂的处理技术，由于技术平台的不成熟，系统可用性将受到一定的影响。Amazon的云存储在2008年2月和7月相继发生了两次故障，最长的一次，6~8小时后才恢复服务。由此可见，即便是基于冗余平台，由于自身技术的复杂性，云计算系统失效的风险仍不容忽视。

2.性能问题

性能问题是很多企业将核心应用转入云计算领域的重要考虑因素之一。从目前的技术条件来看，存储系统I /O操作具有不稳定性。此外，大规模数据移动对于存储距离也非常敏感。所以， 当前云计算仍无法有效满足面向交易型和数据密集型应用在性能方面较为苛刻的要求。

3.安全性问题

根据IDC的调查，大约75%的企业IT高管关注云计算的安全问题。除了安全访问控制以外， 企业往往还担心云计算服务提供商能否切实遵守用户要求的安全标准和策略。有严格数据监管要求的跨地区或跨国企业用户往往对数据存储的物理地点有明确的要求，这一要求对公有云尤为重要。目前云计算安全模型相对简单，普遍采用通过网络管理为用户创建账户的方式进行安全管理， 同时允许用户通过邮件的形式更改密码（ 对于新客户来说， 通过邮件就能方便、容易地使用云服务） 。提高云计算的安全性已成为亟待研究和解决的课题。

4.标准化问题

目前云计算服务商所采用的技术标准和服务标准存在较大差异，用户数据和应用在不同服务商之间迁移存在较大障碍，更换服务商面临较大的转换代价。目前，尽管云计算安全联盟CSA、开放云计算联盟OCC、云计算互操作性论坛CCIF等组织都在致力推动云计算不同层面的标准化工作，但由于现有云计算服务商之间尚难以达成共识，标准化工作任重道远。

五、云计算实施路线

云计算的发展前景充满诱惑，但要进入该领域并成为一个成功的云服务提供商或应用者，一定要做好充分准备。开展云计算相关项目，除了要参考一般项目实施方法论以外，还需要围绕云计算的特点进行专门的研究。

图3为云计算项目实施路线图。

1.调研阶段

一是了解云计算技术， 包括其现状和未来发展方向。要善于透过各种各样的宣传烟雾真正了解云服务提供商的核心技术及其在云计算服务系统中所处的位置。不要轻易相信通用的解决方案和神奇的效果， 云计算技术都有一定的应用场景和局限性， 云计算技术的标准化水平和可移植性尚需提升。

二是了解云计算服务提供商。要深入了解其云计算发展战略、产品成熟度和服务能力等情况。有些厂商将现有产品贴上云计算标签重新包装， 以新瓶装旧酒的方式进行市场推广， 这些厂商更愿意借助云计算的市场预期增强营销而非真正投入研发。在选择云计算提供商时应注意上述情况。

三是了解市场环境。从目前的市场情况来看，中小企业和个人是云计算服务的主要客户群体。基于互联网提供服务的企业在云计算方面更具优势；而传统企业采用云计算服务，不仅面临技术转型，还面临建立云服务商业模型的艰巨任务，需谨慎抉择。与公有云相比，私有云的发展相对滞后，关键应用的成功案例还比较缺乏。Forrester研究报告称，全球只有5%的企业具有运行一个私有云的条件，而其中只有一半企业实际拥有一个私有云。

此外，企业还要了解所在国家、地区相关产业、监管和法律政策环境等。2010年10月中国政府确定北京、上海、深圳、杭州、无锡等五个城市作为云计算服务创新试点地区，IBM中国、阿里巴巴、世纪互联、中国移动等企业率先进入云计算服务市场。目前，我国云计算发展仍处于起步阶段，认知不足、标准缺失、规模较小、数据安全性不够、法律不健全等问题仍是制约云计算产业发展的重要因素。

2.战略规划阶段

一是评估业务需求。IT发展虽然有其内在动力，但本质上还是业务需求使然。因此，在推动云计算实施之前首先要了解、评估业务需求，只有业务部门对IT的高可用性、可扩展性、灵活性、成本等方面提出了更高和更迫切的要求，云计算的实施才具备必要的前提和坚实的基础。
二是明确评价标准。云计算建设势必涉及大量的技术和管理流程改造，如何评估并平衡成本、效果及潜在风险，需要在实施前达成共识，既不夸大效果，也不回避风险。此外，是否实现了云计算也需要评价，一些技术也能实现与云计算相似的效果，但并非真正的“云”，区别方法是与云计算的五个基本特征进行对比。此外，国内云计算专家刘鹏教授提出的云计算的3条检验标准：所需资源来自外部网络、服务能力可以即时伸缩、更高的性价比（比传统方式提高至少5倍以上）也可以作为参考。
三是选择适当的云计算服务模式。云计算服务模式的选择主要取决于企业的盈利模式，与中小企业适合采用公有云服务不同，大型企业往往更倾向于自建私有云。不过，随着专业化云服务市场的日益成熟，不少大型企业也将部分专业应用外包，私有云和公有云兼有的混合云模式已成为更多企业的选择。

3.实施规划阶段

一是选择合适的应用试点。首先，考虑哪些类型的应用适合云计算。IDC 2008年的调查显示，采用云计算的应用依次为：IT管理应用（26.2%）、协作性应用（25.4%）、个人应用（25%）、商业应用（23.4%）、应用开发和部署（16.8%）、服务器容量（15.6%）和存储容量（15.5%）。从中不难看出，虽然企业类型不同，但都更倾向于选择管理类、协作类应用作为云计算试点的首选。其次，选择相对就绪的应用。采用了诸如虚拟化、负载动态管理、SOA和Web 2.0等技术架构的应用更容易部署云计算，改造的工作量较小。最后，选择的效益明显、易于评价的应用。当然，企业也可以将通过云平台的弹性来提升IT服务品质作为首要目标，而不仅仅注重经济效益。

二是选择适合的云计算技术。从云计算的四层技术架构来看，资源层和资源管理层技术相对多样化和成熟，有不少优秀的第三方产品可供选择。对于之上较为复杂的服务管理层和访问管理层，则需要将业务需求与服务模式紧密结合。一些无法取得预期效果的云计算项目，大多也是因为无法有效推动这两层工作的实施，而影响了整个云计算项目的效果。

规划完成之后，可进入试点阶段。然后根据试点实施过程的具体情况，做好总结和评价，一方面可以反过来修正之前所做的规划，另一方面为后续进一步推广积累经验。